ARSEN: HISTORIE, STRUKTUR, EGENSKAPER, BRUK - KJEMI - 2025

Den arsen er et halvledende metall eller halvmetall tilhørende gruppe 15 eller VA i det periodiske system. Det er representert med det kjemiske symbolet As, og atomnummeret er 33. Det finnes i tre allotropiske former: gul, svart og grå; sistnevnte er den eneste med industriell betydning.

Grått arsen er et sprøtt, metallisk utseende, med en kraftig, krystallinsk farge (bunnbilde). Den mister glansen når den utsettes for luft, og danner arsenoksid (As ₂ O ₃ ), som når den blir oppvarmet avgir en hvitløkslukt. På den annen side er de gule og svarte allotropene molekylære og amorfe.

Metallisk arsen. Kilde: Hi-Res Images of Chemical Elements

Arsen finnes i jordskorpen assosiert med mange mineraler. Bare en liten andel finnes i hjemlandet, men assosiert med antimon og sølv.

Blant de vanligste mineralene der arsen er funnet er følgende: realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingite (FeAs ₂ ) og enargite (Cu ₃ AsS ₄ ). Arsen er også oppnådd som et biprodukt av smelte metaller som bly, kobber, kobolt og gull.

Arsenforbindelser er giftige, spesielt arsin (AsH ₃ ). Arsen har imidlertid mange industrielle bruksområder, inkludert legering med bly, brukt til fremstilling av bilbatterier, og legering med gallium med forskjellige bruksområder innen elektronikk.

Historien om oppdagelsen

Navnet 'arsen' kommer fra det latinske arsenikum og det greske arsenikonet, og refererer til gult orpiment, som var hovedformen for bruk av arsen av alkymister.

Arsen, lenge før den ble anerkjent som et kjemisk element, ble kjent og brukt i form av forbindelser. For eksempel skrev Aristoteles på 4. århundre f.Kr. om sandarache, et stoff som nå antas å være arsenisk sulfid.

Plinius the Elder og Pedanius Discórides beskrev i 1. århundre e. Kr. Orpiment, et mineral bestående av As ₂ S ₃ . På 1000-tallet ble tre arter av arsen gjenkjent: hvit (As ₄ O ₄ ), gul (As ₂ S ₃ ) og rød (As ₄ S ₄ ).

Arsen som et rent element ble først observert av Albertus Magnus (1250). Magnus varmet opp arsenensulfid med såpe, og merket utseendet til et stoff med en karakteristikk som ligner på den gråaktig allotropen på bildet. Den første autentiske rapporten om hans isolasjon ble imidlertid publisert i 1649 av Johann Schroeder, en tysk farmasøyt.

Schroeder tilberedte arsen ved å varme opp oksydet sitt med trekull. Senere klarte Nicolas Lémery å produsere det ved å varme opp en blanding av arsenoksyd, såpe og potash. På 1700-tallet ble dette elementet endelig anerkjent som et halvmetall.

Struktur av arsen

Arsen er isomorf for antimon; det vil si at de er strukturelt identiske, og avviker bare i størrelsen på atomene deres. Hvert arsenatom danner tre As-As-kovalente bindinger, på en slik måte at de har sin opprinnelse som “rynkete eller bratte” sekskantede _6- enheter , siden hybridiseringen av As-atomene er sp ³ .

Da kobles As _6- enhetene til noe som gir opphav til bratte lag med arsen, som samvirker svakt med hverandre. Som et resultat av deres intermolekylære krefter, avhengig av først og fremst av atommassene, gir de rhombohedrale grå arsenkrystallene det faste stoffet en skjør og sprø struktur.

På grunn av frastøtningen av arsenens gratis par elektron, definerer As _6- enhetene dannet mellom parallelle lag ikke en perfekt, men forvrengt oktaeder:

Krystallstruktur av grått arsen. Kilde: Gabriel Bolívar.

Legg merke til at de svarte kulene tegner det forvrengte planet i mellomrommet mellom to bratte lag. På samme måte er det i laget nedenfor blålige kuler som sammen med den svarte sfæren utgjør As _6- enheten som ble nevnt i begynnelsen av seksjonen.

Strukturen ser ordnet ut, radene går opp og ned, og derfor er den krystallinsk. Imidlertid kan det bli amorft, med kuler klemt på forskjellige måter. Når gråaktig arsen blir amorf, blir den en halvleder.

Gul arsen

Gul arsen, den mest giftige allotropen av dette elementet, er et rent molekylært fast stoff. Den består av As-molekyler ₄ enheter på grunn av svake spredningskrefter, som ikke forhindrer dem i å flyktige.

Svart arsen

Svart arsen er amorf; men ikke hvordan den gråaktig allotropen kan være. Strukturen er litt lik den som nettopp er beskrevet, med den forskjellen at As _6- enhetsplanene har større områder og forskjellige forstyrrelsesmønstre.

Elektronisk konfigurasjon

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Den har alle orbitalene på nivå 3 fylt. Det danner bindinger ved å bruke 4s og 4p orbitals (samt 4d) gjennom forskjellige kjemiske hybridiseringer.

Egenskaper

Molekylær vekt

74,922 g / mol

Fysisk beskrivelse

Grått arsen er et gråaktig faststoff med metallisk utseende og sprø konsistens.

Farge

Tre allotropiske former, gul (alfa), svart (beta) og grå (gamma).

lukt

Toalett

Smak

Smakløs

Smeltepunkt

1.090 K ved 35,8 atm (trippelpunkt for arsen).

Ved normalt trykk har det ikke noe smeltepunkt, siden det sublimerer til 887 K.

tetthet

-Gray arsen: 5,73 g / cm ³ .

-Gul arsen: 1,97 g / cm ³ .

Vannløselighet

uløselig

Atomradio

139 kl

Atomvolum

13,1 cm ³ / mol

Kovalent radius

120 kl

Spesifikk varme

0,328 J / gmol ved 20 ° C

Fordampingsvarme

32,4 kJ / mol

elektro

2.18 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergi

Første ioniseringsenergi 946,2 kJ / mol

Oksidasjonstilstander

-3, +3, +5

Stabilitet

Elementær arsen er stabil i tørr luft, men når den utsettes for fuktig luft blir den belagt med et bronsegult lag som kan bli et svart lag med arsenoksyd (As ₂ O ₃ ).

dekomponering

Når arsen oppvarmes til spaltning, avgir den en hvit røyk av As ₂ O ₃ . Prosedyren er farlig fordi arsin, en veldig giftig gass, også kan frigjøres.

Selvantennelse

180 ºC

hardhet

3.5 på Mohs hardhetsskala.

reaktivitet

Den blir ikke angrepet av kald svovelsyre eller konsentrert saltsyre. Reagerer med varm salpetersyre eller svovelsyre, og danner arsenic acid og arsenic acid.

Når grå arsen blir flyktet ved oppvarming, og damper raskt avkjøles, dannes en gul arsen. Dette går tilbake til den gråaktig formen når den blir utsatt for ultrafiolett lys.

applikasjoner

legeringer

En liten mengde arsen tilsatt bly, herder legeringene sine nok til å bruke dem i belegg av kabler og til fremstilling av bilbatterier.

Tilsetning av arsen til messing, en legering av kobber og sink, øker dens motstand mot korrosjon. På den annen side korrigerer eller reduserer det tapet av sink i messingen, noe som medfører en økning i levetiden.

elektronikk

Renset arsen brukes i halvlederteknologi der det brukes i forbindelse med gallium og germanium, samt i form av galliumarsenid (GaAs) som er den nest mest brukte halvlederen.

GaAs har et direkte båndgap som kan brukes i diode-, laser- og LED-produksjon. I tillegg til galliumarsenid, er det andre arsenider, for eksempel indiumarsenid og aluminiumarsenid, som også er III-V halvledere.

I mellomtiden er kadmiumarsenid en type II-IV halvleder. Arsine har blitt brukt i halvlederdoping.

Landbruk og trevern

De fleste bruksområder er blitt skrotet på grunn av deres høye toksisitet og forbindelsene. Som ₂ O ₃ har blitt brukt som et plantevernmiddel, mens As ₂ O ₅ er en ingrediens i ugressmidler og insektmidler.

Arseninsyre (H ₃ AsO ₄ ) og salter som kalsiumarsenat og blyarsenat er blitt brukt til å sterilisere jordsmonn og bekjempe skadedyr. Dette skaper en risiko for miljøforurensning med arsen.

Blyarsenat ble brukt som et insektmiddel på frukttrær fram til første halvdel av 1900-tallet. Men på grunn av toksisiteten ble den erstattet av natriummetylarsenat, som sluttet å brukes av samme grunn siden 2013.

medisinsk

Fram til 1900-tallet ble flere av forbindelsene brukt som medisiner. Arsphenamine og neolsalvarsan har for eksempel blitt brukt i behandling av syfilis og trypanosomiasis.

I 2000 ble bruken av As ₂ O ₃ , en meget giftig forbindelse , godkjent i behandlingen av akutt promyelocytisk leukemi resistent mot all-trans retinsyre. Nylig ble den radioaktive isotopen ⁷⁴ As brukt for tumorlokalisering.

Isotopen gir gode bilder, tydeligere enn de som ble oppnådd med ¹²⁴ I, fordi jod føres til skjoldbruskkjertelen og gir støy i signalet.

Andre bruksområder

Arsen ble tidligere brukt som fôrtilsetningsstoff i fjærkre- og svineproduksjon.

Det brukes som katalysator ved fremstilling av etylenoksyd. Det brukes også i fyrverkeri og soling. Arsenoksid brukes som avfarging ved fremstilling av glass.

Hvor befinner det seg?

Arsen kan finnes i små mengder i en elementær tilstand, med en høy grad av renhet. Det er til stede i mange forbindelser, slik som: sulfider, arsenider og sulfoarseniider.

Det finnes også i flere mineraler, inkludert: arsenopyritt (FeSAs), loellingite (FeAs ₂ ), enargite (Cu ₃ AsS ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ) og realgar (As ₄ S ₄ ).

Hvordan oppnås det?

Arsenopyrite varmes opp til 650-700 ºC, i fravær av luft. Arsen fordamper, og etterlater jernsulfid (FeS) som en rest. Under denne prosessen binder arsen seg til oksygen og danner As ₄ O ₆ , kjent som "hvitt arsen."

Som ₄ O ₆ blir modifisert for å danne As ₂ O ₃ , hvis damper blir samlet og kondensert i et sett med teglkamre, og renset arsen ved sublimering.

Det meste av arsen produseres ved karbonreduksjon av det dannede støvet fra As ₂ O ₃ .

referanser

1. Stephen R. Marsden. (23. april 2019). Arsenisk kjemi. Kjemi LibreTexts. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03. desember 2018). Interessante fakta om arsen. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsenikk. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Arseniske elementfakta. Chemicool. Gjenopprettet fra: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arsenikk. Gjenopprettet fra: rsc.or
6. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (3. mai 2019). Arsenikk. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com